среда, 22 апреля 2015 г.

Автономный дом. Стационарный или мобильный.








Автономный дом. 
Проект строительства одноэтажного дома для семьи из 3 человек.Цель строительства такого дома лежит в социальной плоскости - строительство супер-жилья (движимости) достойного наших детей и доступного их родителям, а также внедрение элементов энергетической и продовольственной безопасности на территориях не имеющих инфраструктуры. Это особенно актуально для будущего коренных малочисленных народов Севера и мест бывших торфоразработок. Такой дом позволяет создать условия для сохранения и развития традиционных видов хозяйствования с применением современных материалов.Фабричный набор (конструктор), собираемым на месте и предназначенным для любой точки мира с эффективным использованием ресурсов. Дизайн предусматривает легкую транспортировку и сборку без специального оборудования своими руками. Цена такого дома не превышает стоимости автомобиля. Любой дом приобретает невероятные преимущества, будучи автономным – то есть без необходимости подсоединения к сложной муниципальной системе проводов и труб. Неразвитая земля дешевле. Счета ниже, налоги на недвижимость отсутствуют. Ипотека и оплата процентов за счет материнского капитала не требуется. Без сложного оборудования и потерь при транспортировке, общая эффективность существенно повышается, а негативное влияние на окружающую среду снижается. Как автономность может быть достигнута и насколько это доступно?
Установка дома за два дня с основанием не потребует кредита на строительство. Стоимость обслуживания минимальна, минимальные энергозатраты на отопление, дом не требует ремонта. Жилая площадь дома необходимого для автономной жизни — 28 м.кв. Диаметр купола 6 м.
Характеристики автономного дома. 
Складной, мобильный, легко сборный, быстро возводимый, одноэтажный, автономный дом.
Дом с основанием—террасой—палубой собирается и разбирается в течение двух дней из транспортного контейнера бани-мастерской длиной 4 м., шириной 2.3 м.
Конструкция простая и технологичная, не боится частого монтажа и демонтажа. Владельцам не потребуются чертежи – высокоточные части конструкции дома смогут быть установлены только по одному алгоритму. Алгоритм оптимизации типоразмеров каркаса производился с помощью программы Rhinoceros/Grasshopper/Kangaroo
Автономный дом способен меняться и развиваться со своими обитателями за счет продажи сельхозпродукции и сувениров, например из насекомых выращиваемых в птичнике. По мере роста семьи покупается еще один контейнер со складным домом внутри.
Конструкция.
Складной каркас. 
Дом в виде складного купола диаметром 6 м., на основе сетки Чебышева, имеет равные по длине диагональные элементы и разной длины элементы горизонтальных поясов. Используется 4 типоразмера элементов. В сложенном виде купол имеет длину 3000 мм., и диаметр 500 мм. Упруго—гибкие элементы каркаса состоят из полипропиленовых водопроводных труб диаметром 25 - 40 мм. армированных стекловолокном и оцинкованной проволокой диаметром 3 мм., проволока образует надежные и прочные узлы крепления с помощью гнутых петель по длине и на концах элементов. Это техническое решение позволяет легко и просто решить основную проблему дороговизны и сложности узловых соединений сетчатых оболочек. Крепления элементов каркаса состоят из винтов и гаек. Такие элементы и каркас в целом идеально работают на кручение.
Складной каркас сетчатой оболочки купола верхней части имеет два слоя.
Верхний слой из армированных труб и внутренний из проволоки.
Верхний слой работает на изгиб и кручение, внутренний на растяжение.
Это техническое решение позволяет снизить вес и материалоемкость каркаса, увеличить несущую способность и обеспечить регулируемую толщину между слоями покрытия из ткани для создания утепления и вентиляции дома.
Патент РФ №2012140990
Дом устанавливается на террасе из досок на винтовых террасных опорах. Дверь состоит из прозрачной тефлоновой пленки на трубчатом каркасе.
Под террасой хранятся дрова и садовый инвентарь, емкости для сбора воды и отходов, ульи и контейнеры для разведения насекомых.
Изоляция дома, покрытие купола.
Ткани высокой прочности с шито-клееными швами для водонепроницаемости. Огнестойкая ткань верхнего тента : 50D 210T RS полиамид Si 4000 mm. Силиконовое и полиуретановое верхнее покрытие обеспечивает превосходную защиту от ультрафиолетовых лучей и легко очищается. Внутренний слой из мембранной ткани с отражающим тепло внутрь покрытием.
Изоляционный пакет в виде, воздушной вентилируемой прослойки 250 мм. между двумя слоями ткани. Это создает идеальную теплоизоляцию, вентилируемый пароизоляционный слой и сохраняет тепло зимой и прохладу летом. Дно или пол из ткани пристегивается на липучке и изготовлен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Воздух между герметичными слоями ткани, обеспечивает комфорт при температуре за бортом 40 градусов.
Окна 3 шт., — из прозрачной тефлоновой пленки сшиваются и проклеиваются с тканью оболочек покрытия каркаса.
Окна обеспечивают высокую инсоляцию пространства дома и панорамный вид. 
Это мобильный вариант автономного дома. 
Стационарный дом из стеклопластика  "Рак отшельник".
Для автономного дома диаметром 6 м. потребуется 5 рулонов стеклоткани стоимостью 20 тыс. руб., и эпоксидной смолы на 50 тыс. руб. 
Окна и двери для такой недвижимости или плавающего дома стеклопластиковые стеклопакеты. 
Внутренняя отделка листы фанеры. 
Утеплитель - герметичная воздушная прослойка толщиной 200 мм. между слоями стеклоткани образующим дом термос. 
Технология монтажа, укладки и герметизации такого стеклопластикого дома-купола ноу-хау.Характеристики опор.
Предельная статическая нагрузка на опору — 1 тонна. Диапазон регулировки по высоте от 55 до 170 мм для лаг.Температурный диапазон применения от —55 до +85 С
Устойчивость от разрушения солнечными лучами.
Не подвержены гниению. Регулируемые террасные опоры позволяют быстро выравнивать поверхность конструкции основания по высоте за счет удобного резьбового соединения с регулировочным винтом. Это обеспечивает быстрый монтаж дома на любых участках. Терраса и опоры оставляют минимальный экологический след и могут быть легко демонтированы, для перемещения дома.
Терраса может устанавливаться на любом участке с любыми климатическими условиями, например на местах торфоразработок, на болоте и на склоне.
Покрытие террасы.
Внешний каркас из оцинкованной проволоки диаметром 3 мм., с величиной ячейки 250 мм., обеспечивает дом от проникновения, крепится по периметру террасы. Летом каркас увит лианами актинидии, винограда, хмеля и др. Зелень создает комфортную тень на террасе и не дает дому слишком нагреваться от лучей солнца. При этом растения не касаются стен. Листья не дают дождю заливать террасу даже при сильном ветре.
Инструкция по установке автономного дома.
На грузовом автомобиле, на участок в транспортном контейнере привозят сборно—разборную террасу, складной купол и мебель. В течении двух дней монтируют дом.По периметру монтажной площадки размещают, половые панели дома, брус, лаги и доски террасы с винтовыми террасными опорами, купол в сложенном виде. Под местом установки опор снимается плодородный слой почвы и складируют на приусадебном участке.Устанавливают террасные опоры. Крепят на винтах брус. Крепят на винтах лаги. Крепят на винтах доски. Купол в сложенном виде устанавливают в центр террасы. Фиксируют горизонтальные пояса купола. Накрывают верхним слоем ткани. Пристегивают к узлам купола внутренний слой ткани. Внутри купола укладывают и фиксируют внутренний пол из панелей. Устанавливают дверную коробку с прозрачной дверью. Устанавливают металлическую двухкамерную печку. Крепят гибкие солнечные панели на вершине купола. Устанавливают торфяной биотуалет и умывальник. Крепят по периметру террасы внешнюю сетчатую оболочку из проволоки. Внешний складной сетчатый каркас обеспечивает опору для вьющихся растений. Он не позволяет проникнуть в дом без ключей. Предусмотрены замки открывающие его. Отходы и дождевая вода используется в пластиковой емкости биокомпостера на участке. Устанавливают теплицу, птичник, ветрогенератор, горшки с вьющимися растениями по периметру террасы. Обустраивают внутреннее пространство дома мебелью и всем необходимым. Сборно разборными стеллажами для хранения вещей по периметру дома, заносят холодильник, телевизор, компьютер, кровать, стол и стулья.
Экологический след от строительства. 
Все материалы каркаса и покрытия доступны, стальная проволока, пластиковые трубы и ткань получают из вторичной переработки пластиковых отходов и металлолома. Упруго—гибкие трубы изготовленные из пластмассы, меньше влияют на окружающую среду, чем в случае распространенных традиционных материалов. Замена пластиковых изделий на другие материалы в большинстве случаев приводит к увеличению энергопотребления и выбросов парникового газа. Технология производства каркаса это производство крепежных элементов, производится без отходов и с минимальными энергетическими затратами, без сварки и сверления, путем гибки проволоки и резки труб из пластика длиной 2 м., пополам. Крой и сшивание слоев ткани позволяет снизить отходы покрытия до 5%. Такое покрытие может служить минимум 25 лет. Благодаря многослойной пространственной конструкции каркаса обеспечивается минимальный вес и объем требуемых материалов для перевозки. Минимальный вес сборно—разборной террасы и опор основания. Все материалы имеют минимальный уровень токсичности. Возможна вторичная переработка материалов. Упаковка элементов дома производится подобно матрешке, один материал упаковывает другой. Герметичность оболочки обеспечивает кратное снижение теплопотерь, что соответственно уменьшает эксплуатационные издержки и увеличивает жизненный цикл здания. Снеговая нагрузка на автономный дом постоянно уменьшается в связи с возможностью конструкции сетчатого каркаса из упруго-гибких элементов демпфировать нагрузку и отряхиваться при порывах ветра. 
В такой дом прилетают зимовать певчие птицы, так уютно и просторно. Друзья восхищаются домом, вы молодеете и чувствуете себя восхитительно среди просторов чистого воздуха и природы. Окружающие хотят приобрести себе нечто подобное, и ваш сад на террасе цветет круглый год!
Дизайн дома (конструктора) предусматривает легкую транспортировку и сборку без специального оборудования своими руками.
Цена дома - автономной системы жизнеобеспечения под ключ — 452 700 руб.


  

среда, 8 апреля 2015 г.

сетка Чебышева на любой поверхности

Благодаря поддержке Сергея Дмитреева и плагину Даниеля Пикера удалось получить алгоритм строительства сетки Чебышева на любой поверхности. Пасхальное яйцо IT.
Gridshells определяются как структуры, которые имеют форму и жесткость оболочки двойной кривизны, но состоят из сетки не сплошной поверхности.  Форма оболочки создается упругой деформацией первоначально плоской сетки из композиционных материалов (пружинная сталь и полипропилен). Метод создания оболочки сочетается с генетическими алгоритмами для оптимизации кривизны сетки, чтобы использовать минимальное количество типоразмеров упруго-гибких стержней.
Gridshells часто определяются как структуры, которые имеют форму и жесткость оболочки с двойной кривизной, но состоят из сетки, в результате придания формы деформированную сетку делают жесткой, используя третье направление стержней или панелей. Таким образом, сетка имеет интересный структурный потенциал и может отвечать сложным архитектурным требованиям.
В методе поиска оптимальной формы решетки использовались два метода: один экспериментальный, метод инверсии; и один численный, в основном метод динамической релаксации. Метод инверсии основан на предположении, что изгибная жесткость элементов сетки пренебрежимо мала. Второй метод, метод динамической релаксации, представляет собой численный инструмент, который использует динамический расчет для нахождения статического равновесного состояния механической системы. Оба метода, метод инверсии и метод динамической релаксации приводят к деформированной сетке посредством вычисления. Полученная форма близка к предложенной архитектором, но ее трудно контролировать.
По определению, отображение сетки на любой форме эквивалентно рисованию параллельных и эквидистантных криволинейных осей, т.е. параллелограммов, на поверхности. Математически эти сети называются сетями Чебышева
В "IL10 Gitterschalen" был введен геометрический метод, позволяющий генерировать сеть Чебышева на наложенной поверхности, называется метод компаса. Этот метод аналогичен базовой версии алгоритма сетки.
Оптимизировать ориентацию стержня сетки в целях минимизации типоразмеров на этапе строительства. Это делается путем сочетания метода компаса с генетическими алгоритмами.
Формообразование GRIDSHELL
Как упоминалось ранее, обратная обработка сетки решена исторически по существу с помощью двух методов, метода инверсии и динамической релаксации.
Метод инверсии представляет собой экспериментальную технику, концепция которой впервые была введена Гуком в 1675 г. Гук описал взаимосвязь между подвесной цепью, которая образует цепную связь под напряжением собственного веса и аркой при ​​сжатии.
Фрей Отто применил эту концепцию к сетчатым оболочкам. Этот метод основан на предположении, что изгибная жесткость в элементах сетки пренебрежимо мала. Метод инверсии можно суммировать следующим образом: во-первых, построена сеть с квадратными сетками. Затем выбирается набор граничных условий и сеть стабилизируется затяжками.
Второй метод, используемый для формообразования gridhsell, является числовым, основанным, в частности, на методе динамической релаксации. Метод динамической релаксации использует динамический расчет для нахождения статического равновесного состояния механической системы. Он обеспечивает определение статического равновесного состояния структуры путем поиска максимальной кинетической энергии, соответствующей минимальной потенциальной энергии для стабильной системы. Эта процедура позволяет трансформировать структуру. Когда обнаруживается критическая кинетическая энергия, все скорости сбрасываются. После этого процедура повторяется, и структура может свободно колебаться до достижения максимальной кинетической энергии. И так далее, пока кинетическая энергия всех колебаний и вибрации не рассеялась и не достигнуто равновесие.
Этот метод был адаптирован и использован для формообразования тонких предварительно напряженных структур в композитных материалах. Эти оболочки изготовлены из PP-труб армированных пружинной проволокой диаметром 3 мм., PP трубы диаметром 32 мм и толщиной 5.4 мм. Крыши изготовлены из пленки-ткани ПВХ с полиэфирным покрытием, Ferrari SA, Esmery Caron и Abaca.
Конечная форма является результатом необратимого и итеративного процесса. Следовательно, полученная сетка является результатом расчета и с самого начала не может контролироваться. Цель следующей части состоит в том, чтобы иметь возможность отображать сетку на наложенной форме заданный архитектором.
Отображение сетки с помощью метода компаса
Метод компаса, описанный в "IL10 Gitterschalen", представляет собой геометрический метод, который позволяет создать сеть параллелограммов на любой поверхности с помощью компаса. Этот тип сетки также известен, как сеть Чебышева. В этом разделе описаны этапы, используемые для создания сетки на поверхности с использованием метода компаса.
Построения сетки Чебышева можно связать, через скрипт C # с генетическими алгоритмами, чтобы минимизировать кривизну и напряжения в упруго-гибких стержнях.
Таким образом, сетка может быть отображена свободных поверхностях с использованием метода компаса. Чтобы не сломать планку во время стадии эрекции, и после того, как решетка будет установлена, изгибное напряжение и кривизна стержня должны быть как можно ниже. Разработан конкретный алгоритм, чтобы найти оптимальный путь каждого стержня на предлагаемой поверхности, который также учитывает конструкцию сетки.
Оптимизация сетки: метод компаса в сочетании с генетическими алгоритмами
Чтобы минимизировать напряжения в стержнях из-за конструкции сетки, отображенной с помощью метода компаса, в этом разделе вводится инструмент оптимизации. Цель состоит в том, чтобы найти сеть стержней с наименьшими изгибающими напряжениями. Эта сетка может быть получена путем минимизации максимальной кривизны в стержнях всей решетки.
Генетические алгоритмы (GA) - это алгоритмы стохастической оптимизации, основанные на генетических механизмах и естественной эволюции, такие как селекция, кроссовер и мутация. Они были разработаны Джоном Холландом в 1970 году. Эти методы оказались эффективными в задачах структурной оптимизации. Генетические алгоритмы или эволюционные алгоритмы были выбраны из-за универсальности метода.
Чтобы применить генетические алгоритмы к методу компаса, сетка должна быть представлена ​​в виде хромосомы. Хромосома определяется, как потенциальное решение проблемы. Он выбирается, как группа генов, которые определяют сетку. Эти гены представляют собой точку А, которая является точкой пересечения двух руководящих принципов и всех углов, необходимых для определения двух руководящих принципов. Каждый раз, когда выбирается хромосома, необходимо проверить, что поверхность отображается полностью и без перекрытия.
Оценка каждого человека:«Функция пригодности» - это оценочная функция задачи. Это функция, которая оценивает каждую хромосому и определяет, может ли она выжить или нет. Чтобы минимизировать напряжения и, следовательно, кривизны в решетчатых решетках. Целью этого алгоритма является отображение поверхности с наименьшими изогнутыми полосами. Таким образом, мы предлагаем функцию пригодности, которая равна максимальной кривизне, полученной в результате отображения поверхности хромосомой с использованием метода компаса. Эта функция пригодности также может быть средней кривизной или средним процентом от значений максимальной кривизны.
Для каждой хромосомы сетка может быть сгенерирована на рассматриваемой поверхности, а кривизны, вычисленные в каждой точке сетки, уравнением. Максимальное значение кривизны принимается и рассматривается, как функция пригодности рассматриваемой хромосомы.
Цикл эволюции:
Выбор набора родителей:
Две хромосомы, называемые «родители», выбираются случайным образом из популяции, чтобы создать две хромосомы, «детей». Можно использовать несколько методов выбора родительских элементов. Используется так называемый «Оборот турнира». Он состоит в выборе набора хромосом населения каждый раз, когда мы хотим выбрать отдельного «родителя». Хромосома с лучшей пригодностью в группе принимается за родителя.
Кроссовер с вероятностью кроссовера:
На этом этапе две дочерние хромосомы создаются из двух родительских хромосом, выбранных на предыдущем шаге. В этой работе используется унифицированный кроссовер. Произвольное число от 0 до 1 генерируется для пары генов родителей P1 и P2. Если это число меньше, чем вероятность выбора кроссовера pc, рассматриваемые гены не изменяются. Однако, если это число больше, чем pc, гены обмениваются между хромосомами двух родителей.
Мутация:
Вероятность мутации между 0 и 1 первоначально фиксирована. Для каждого дочернего гена генерируется случайное число. Если это число меньше вероятности мутации, ген мутируется до случайного числа, выбранного из интервала, в котором определяется ген.
Операция повторяется до тех пор, пока новая популяция не будет содержать людей npop. Каждый раз две дочерние хромосомы классифицируются в популяции, а два человека с наибольшими функциями увеличения устраняются.
Когда разница между лучшими значениями функции пригодности для двух последовательных поколений достаточно мала, никакого улучшения не было сделано при переходе от одного поколения к другому. В этом случае наилучшее значение пригодности текущего поколения выбирается, как решение проблемы.
Примеры применения
Процедура оптимизации, описанная в предыдущем разделе, была применена на нескольких поверхностях. Приложения этого метода на поверхности с гауссовой положительной кривизной, полушарие, поверхность с гауссовой положительной и отрицательной кривизной, поверхность с синусоидальным уравнением для ее декартова уравнения и поверхность с отрицательной гауссовой кривизной, гиперболический параболоид.
Полушария (гауссова положительная кривизна)
Выводы.
В этой статье предлагается метод поиска и оптимизации ориентации стержней решетки. Он основан на методе компаса в сочетании с генетическими алгоритмами. Он позволяет отображать сетку на наложенной форме и накладывать граничные условия, предложенные архитектором. Это также позволяет оптимизировать ориентацию стержней, чтобы минимизировать кривизны и, следовательно, напряжения в конструкции при строительстве
и время жизни решетки. Примеры применения этой методологии показаны на полушарии и двух поверхностях с двойной кривизной. В случае простой симметричной формы, такой как полушарие, исчисление проб и ошибок может привести к результатам, которые находятся недалеко от оптимального решения. Когда геометрия становится более сложной, вычисление методом проб и ошибок или рисование лотов недостаточно для прогнозирования направления стержней, которые дают низкие кривизны. Предлагаемый алгоритм позволяет минимизировать максимальную кривизну на комплексных поверхностях. Например, результат, полученный в соответствии с этим алгоритмом, на 33% лучше, чем рисунок большого количества 10 000 хромосом. Оптимизация выполняется на функции пригодности, рассматриваемой в этой работе, как максимальная кривизна в барах результирующей сетки. Универсальность генетических алгоритмов позволяет выбирать другую функции увеличения длины и прочности элементов в соответствии с требованиями дизайнера.